JP6693331B2 - オゾン発生器 - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線を利用してオゾンを発生させるオゾン発生器に関するものである。
従来、オゾンを発生させるオゾン発生器としては、オゾン源である酸素を含む原料ガスに、例えば波長が１８０〜２００ｎｍの紫外線を照射する構成のものが知られている（特許文献１参照。）。このオゾン発生器は、酸素を含む原料ガスが流通する原料ガス流路を内部に有する管状の原料ガス流路機構と、この原料ガス流路機構内において、原料ガス流路に沿って伸びる紫外線光源とにより構成されている。
このようなオゾン発生器において、原料ガスから高濃度のオゾンを効率的に生成させるためには、出力の高い光源によって、原料ガスに高い強度の紫外線を照射することが必要である。
このようなオゾン発生器において、原料ガスから高濃度のオゾンを効率的に生成させるためには、出力の高い光源によって、原料ガスに高い強度の紫外線を照射することが必要である。
しかしながら、出力の高い光源によって紫外線を照射した場合には、以下のような問題がある。
出力の高い光源は、光源自体が高い温度に発熱する。そのため、光源の近傍において生成したオゾンは、光源からの熱によって加熱されて熱分解してしまうので、結局、高濃度のオゾンを高い効率で生成することが困難である。
また、出力の高い紫外線光源としては、一般に、外部電極を有するエキシマランプが用いられている。このようなエキシマランプを用いた場合において、原料ガスが空気などの酸素および窒素を含むものであるときには、エキシマランプの点灯中に、外部電極と放電容器との間の空隙において窒素酸化物（ＮＯx ）が生成して混入する、という問題がある。
出力の高い光源は、光源自体が高い温度に発熱する。そのため、光源の近傍において生成したオゾンは、光源からの熱によって加熱されて熱分解してしまうので、結局、高濃度のオゾンを高い効率で生成することが困難である。
また、出力の高い紫外線光源としては、一般に、外部電極を有するエキシマランプが用いられている。このようなエキシマランプを用いた場合において、原料ガスが空気などの酸素および窒素を含むものであるときには、エキシマランプの点灯中に、外部電極と放電容器との間の空隙において窒素酸化物（ＮＯx ）が生成して混入する、という問題がある。
このような問題を解決するために、（イ）二重管型の放電容器を有するエキシマランプと、このエキシマランプから離間してその放電容器の外管を取り囲む二重管状の原料ガス流通管とを備えた構成、（ロ）二重管型の放電容器を有するエキシマランプと、このエキシマランプにおける放電容器の内管内に、当該エキシマランプから離間して挿入された単管状の原料ガス流通管とを備えた構成、（ハ）二重管型の放電容器を有するエキシマランプと、このエキシマランプから離間してその放電容器の外管を取り囲む二重管状の原料ガス流通管と、エキシマランプにおける放電容器の内管内に、当該エキシマランプから離間して挿入された単管状の原料ガス流通管とを備えた構成を有するオゾン発生器が提案されている（特許文献２参照。）。
しかしながら、特許文献２に記載のオゾン発生器においては、以下のような問題があることが判明した。
上記（イ）の構成においては、放電容器内の放電空間から内管に向かって放射された紫外線は、内管を透過した後、再度内管を透過して放電空間に入射され、更に、外管および原料ガス流通管の内管を透過することによって、原料ガスに照射される。
このように、放電空間から内管に向かって放射された紫外線は、放電容器および原料ガス流通管を合計で４度透過することになり、それぞれにおいて紫外線の一部が吸収されるため、原料ガスに照射されるまでに大きく減衰し、その結果、高い効率でオゾンを生成することが困難となる。
また、放電容器や原料ガス流通管を構成する透光性材料、例えば石英ガラスは、その温度の上昇に伴って、真空紫外線などの低波長域の紫外線の透過率が低下する性質を有する。すなわち、放電容器や原料ガス流通管は、紫外線の吸収によってその温度が上昇すると、透過率が低下する。そして、上述のように、紫外線が放電容器および原料ガス流通管を合計で４度透過すると、紫外線の減衰する量も相当に大きくなるため、安定した光量の紫外線を原料ガスに照射することが困難となる。
上記（イ）の構成においては、放電容器内の放電空間から内管に向かって放射された紫外線は、内管を透過した後、再度内管を透過して放電空間に入射され、更に、外管および原料ガス流通管の内管を透過することによって、原料ガスに照射される。
このように、放電空間から内管に向かって放射された紫外線は、放電容器および原料ガス流通管を合計で４度透過することになり、それぞれにおいて紫外線の一部が吸収されるため、原料ガスに照射されるまでに大きく減衰し、その結果、高い効率でオゾンを生成することが困難となる。
また、放電容器や原料ガス流通管を構成する透光性材料、例えば石英ガラスは、その温度の上昇に伴って、真空紫外線などの低波長域の紫外線の透過率が低下する性質を有する。すなわち、放電容器や原料ガス流通管は、紫外線の吸収によってその温度が上昇すると、透過率が低下する。そして、上述のように、紫外線が放電容器および原料ガス流通管を合計で４度透過すると、紫外線の減衰する量も相当に大きくなるため、安定した光量の紫外線を原料ガスに照射することが困難となる。
上記（ロ）の構成においては、放電容器内の放電空間から外管に向かって放射された紫外線は、原料ガスには照射されないため、高い効率で、オゾンを生成することが困難となる。仮に、放電容器の外管の周囲に反射部材を設けた場合には、外管を透過した紫外線は、反射部材によって反射され、再度外管を透過して放電空間に入射され、更に、内管および原料ガス流通管を透過することによって、原料ガスに照射される。すなわち、上記（イ）の構成と同様に、放電容器および原料ガス流通管を合計で４度透過することになるので、結局、高い効率でオゾンを生成することが困難となる。
上記（ハ）の構成においては、放電容器内の放電空間から内管に向かって放射された紫外線は、この内管および当該内管内に挿入された原料ガス流通管を透過することによって、原料ガスに照射される。一方、放電容器内の放電空間から外管に向かって放射された紫外線は、この外管および当該外管を取り囲む原料ガス流通管を透過することによって、原料ガスに照射される。従って、紫外線が放電容器および原料ガス流通管を合計で２度透過するだけなので、原料ガスに照射されるまでに大きく減衰することは回避される。
然るに、エキシマランプからの紫外線は、放電容器の内管内に挿入された原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線と、放電容器の外管を取り囲む原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線とに分割されるため、それぞれの原料ガスに対する紫外線の照射量が小さく、その結果、高濃度のオゾンを生成することが困難となる。
また、上記（ハ）の構成においては、オゾンは、放電容器の外管の外側および内管の内側の各々に原料ガス供給管を設けることが必要であるため、配管構造等が複雑となる。
然るに、エキシマランプからの紫外線は、放電容器の内管内に挿入された原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線と、放電容器の外管を取り囲む原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線とに分割されるため、それぞれの原料ガスに対する紫外線の照射量が小さく、その結果、高濃度のオゾンを生成することが困難となる。
また、上記（ハ）の構成においては、オゾンは、放電容器の外管の外側および内管の内側の各々に原料ガス供給管を設けることが必要であるため、配管構造等が複雑となる。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができ、しかも、副生成物が混入することがなく、簡易な構造のオゾン発生器を提供することにある。
本発明のオゾン発生器は、紫外線を透過する透光性部材を有する、酸素を含む原料ガスが流通する原料ガス流路を形成する原料ガス流路機構と、
前記原料ガス流路を流通する原料ガスに、前記透光性部材を介して紫外線を照射する紫外線光源と、
前記透光性部材における前記原料ガスに接触する面を冷却する冷却機構と
を備えてなり、
前記紫外線光源は、単管型の放電容器を有してなり、
前記透光性部材は、前記紫外線光源から離間して前記放電容器を取り囲み、当該放電容器と同方向に伸びる管状のものであり、
前記原料ガス流路機構は、前記透光性部材と、この透光性部材を包囲する、当該透光性部材の外径より大きい内径を有する管状の非透光性部材とを有してなり、
前記透光性部材と前記非透光性部材との間に前記原料ガス流路が形成されていることを特徴とする。
前記原料ガス流路を流通する原料ガスに、前記透光性部材を介して紫外線を照射する紫外線光源と、
前記透光性部材における前記原料ガスに接触する面を冷却する冷却機構と
を備えてなり、
前記紫外線光源は、単管型の放電容器を有してなり、
前記透光性部材は、前記紫外線光源から離間して前記放電容器を取り囲み、当該放電容器と同方向に伸びる管状のものであり、
前記原料ガス流路機構は、前記透光性部材と、この透光性部材を包囲する、当該透光性部材の外径より大きい内径を有する管状の非透光性部材とを有してなり、
前記透光性部材と前記非透光性部材との間に前記原料ガス流路が形成されていることを特徴とする。
本発明のオゾン発生器においては、前記冷却機構は、冷却用ガスによって前記透光性部材を冷却するものであり、
前記紫外線光源と前記透光性部材との間に、前記冷却用ガスが流通する冷却用ガス流路が形成されていることが好ましい。
また、前記冷却用ガスは不活性ガスよりなることが好ましい。
前記紫外線光源と前記透光性部材との間に、前記冷却用ガスが流通する冷却用ガス流路が形成されていることが好ましい。
また、前記冷却用ガスは不活性ガスよりなることが好ましい。
本発明のオゾン発生器においては、紫外線光源からの紫外線が、透光性部材を介して、原料ガス流路を流通する原料ガスに照射され、しかも、冷却機構によって透光性部材が冷却される。そのため、原料ガス流路において生成したオゾンが、紫外線光源からの熱によって分解することが防止または抑制される。
また、紫外線光源における放電容器内の放電空間から放射された紫外線は、当該放電容器および透光性部材を合計で２度透過して原料ガスに照射されるため、原料ガスに照射されるまでの紫外線の減衰量が小さい。しかも、単一の原料ガス流路機構を流通する原料ガスに紫外線が照射されるため、紫外線光源からの紫外線が分割されることもない。
従って、本発明のオゾン発生器によれば、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができる。
また、原料ガス流路を流通する原料ガスは、透光性部材によって紫外線光源と隔離されているため、紫外線光源として例えば外部電極を有するエキシマランプを使用したときでも、当該エキシマランプから生ずる副生成物が混入することがない。
また、原料ガス流路機構を、単管型の放電容器の外側に設けるだけでよいため、簡易な構造のオゾン発生器を構成することができる。
また、紫外線光源における放電容器内の放電空間から放射された紫外線は、当該放電容器および透光性部材を合計で２度透過して原料ガスに照射されるため、原料ガスに照射されるまでの紫外線の減衰量が小さい。しかも、単一の原料ガス流路機構を流通する原料ガスに紫外線が照射されるため、紫外線光源からの紫外線が分割されることもない。
従って、本発明のオゾン発生器によれば、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができる。
また、原料ガス流路を流通する原料ガスは、透光性部材によって紫外線光源と隔離されているため、紫外線光源として例えば外部電極を有するエキシマランプを使用したときでも、当該エキシマランプから生ずる副生成物が混入することがない。
また、原料ガス流路機構を、単管型の放電容器の外側に設けるだけでよいため、簡易な構造のオゾン発生器を構成することができる。
また、冷却機構が冷却用ガスによって透光性部材を冷却するものであり、紫外線光源と透光性部材との間に、冷却用ガスが流通する冷却用ガス流路が形成された構成によれば、透光性部材と共に紫外線光源も冷却されるので、紫外線光源の照度の低下を防止または抑制することができる。
また、冷却用ガスとして不活性ガスを用いることにより、冷却用ガスによって紫外線光源からの紫外線が吸収されないため、オゾンの生成効率の低下を防止することができる。更に、紫外線光源として例えば外部電極を有するエキシマランプを使用したときには、エキシマランプの周辺が不活性ガス雰囲気となるため、当該エキシマランプから副生成物が生ずることを防止することができる。
また、冷却用ガスとして不活性ガスを用いることにより、冷却用ガスによって紫外線光源からの紫外線が吸収されないため、オゾンの生成効率の低下を防止することができる。更に、紫外線光源として例えば外部電極を有するエキシマランプを使用したときには、エキシマランプの周辺が不活性ガス雰囲気となるため、当該エキシマランプから副生成物が生ずることを防止することができる。
以下、本発明のオゾン発生器の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のオゾン発生器の一例における構成を、原料ガスが流通する方向に沿って切断した状態で示す説明用断面図である。図２は、図１に示すオゾン発生器をＡ−Ａ線に沿って切断した部分を示す切断部端面図である。図３は、図１に示すオゾン発生器をＢ−Ｂ線に沿って切断した部分を示す切断部端面図である。
図１は、本発明のオゾン発生器の一例における構成を、原料ガスが流通する方向に沿って切断した状態で示す説明用断面図である。図２は、図１に示すオゾン発生器をＡ−Ａ線に沿って切断した部分を示す切断部端面図である。図３は、図１に示すオゾン発生器をＢ−Ｂ線に沿って切断した部分を示す切断部端面図である。
このオゾン発生器においては、原料ガスが流通する原料ガス流路Ｐ１を形成する原料ガス流路機構１０が設けられている。図示の例では、原料ガス流路機構１０は、紫外線を透過する直管状の透光性部材１１と、この透光性部材１１を包囲する、当該透光性部材１１の外径より大きい内径を有する直管状の非透光性部材１５とにより構成されており、透光性部材１１と非透光性部材１５との間に原料ガス流路Ｐ１が形成されている。透光性部材１１および非透光性部材１５の各々の両端には、端壁１２，１６が形成されている。
透光性部材１１の一端（図１において左端）の端壁１２には、後述する冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給管部１３が形成されている。この冷却用ガス供給管部１３は、後述する冷却用ガス供給手段（図示省略）が接続されている。また、透光性部材１１の他端の端壁１２には、冷却用ガスを排出する冷却用ガス排出管部１４が形成されている。
また、非透光性部材１５の周壁の一端側（図１において左端側）には、原料ガス流路Ｐ１に原料ガスを供給する原料ガス供給管部１７が形成されている。この原料ガス供給管部１７は、原料ガス供給手段（図示省略）に接続されている。また、非透光性部材１５の周壁の他端側には、原料ガス流路Ｐ１において生成したオゾンを含むガスを排出するオゾンガス排出管部１８が形成されている。
また、非透光性部材１５の端壁１６の各々には、透光性部材１１における冷却用ガス供給管部１３および冷却用ガス排出管部１４の各々の外径に適合する径を有する開口１６ａが形成されている。そして、透光性部材１１は、冷却用ガス供給管部１３および冷却用ガス排出管部１４が、非透光性部材１５の開口１６ａに挿通されて非透光性部材１５の外部に突出した状態で配置されている。
透光性部材１１の外周面と非透光性部材１５の内周面との間の距離は、１〜５ｍｍであることが好ましい。
透光性部材１１の材質は、後述するエキシマランプ２０からの紫外線を透過し得るものであって、耐オゾン性を有するものであればよい。透光性部材１１の材質の具体例としては、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、水晶、フッ化マグネシウムなどが挙げられる。
非透光性部材１５の材質は、耐オゾン性を有するものであればよい。非透光性部材１５の材質の具体例としては、ステンレス鋼、鉄−クロム−アルミニウム−コバルト合金（カンタル）、アルミナなどが挙げられる。
透光性部材１１の材質は、後述するエキシマランプ２０からの紫外線を透過し得るものであって、耐オゾン性を有するものであればよい。透光性部材１１の材質の具体例としては、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、水晶、フッ化マグネシウムなどが挙げられる。
非透光性部材１５の材質は、耐オゾン性を有するものであればよい。非透光性部材１５の材質の具体例としては、ステンレス鋼、鉄−クロム−アルミニウム−コバルト合金（カンタル）、アルミナなどが挙げられる。
透光性部材１１の管内には、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスに、当該透光性部材１１を介して紫外線を照射する紫外線光源として、エキシマランプ２０が設けられている。このエキシマランプ２０は、放電空間を形成する直管状の単管型の放電容器２１と、この放電容器２１内にその軸方向に沿って伸びる棒状の内部電極２５と、放電容器２１の外周面に設けられた網状の外部電極２６とを有する。
放電容器２１においては、その一端が閉塞され、その他端には封止部２２が形成されている。この封止部２２には、金属箔２３が埋設されている。
内部電極２５は、金属箔２３および外部リード２７を介して高電圧電源３０に電気的に接続されている。また、外部電極２６は、リード２８を介して低電圧電源３１に電気的に接続されている。
内部電極２５は、金属箔２３および外部リード２７を介して高電圧電源３０に電気的に接続されている。また、外部電極２６は、リード２８を介して低電圧電源３１に電気的に接続されている。
エキシマランプ２０は、透光性部材１１の管内において、複数（図示の例では２つ）の支持部材３５によって支持されている。具体的に説明すると、支持部材３５の各々は、透光性部材１１の内径に適合する外径を有すると共に、エキシマランプ２０の外径に適合する外径を有する円形のリング状の板材により構成されている。そして、この支持部材３５の各々は、透光性部材１１内において、当該支持部材３５の外周面が当該透光性部材１１の内周面に接するよう配置され、支持部材３５の孔内にエキシマランプ２０が挿入されている。このようにして、エキシマランプ２０は支持部材３５に支持されることにより、透光性部材１１は、エキシマランプ２０から離間して放電容器２１を取り囲み、当該放電容器２１と同方向に伸びるよう配置されている。
また、支持部材３５には、後述する冷却用ガスが流通する複数（図示の例では８つ）のガス流通孔３６が、当該支持部材３５の周方向に沿って等間隔で並んだ状態で、当該支持部材３５の厚み方向に貫通するよう形成されている。
エキシマランプ２０の表面と透光性部材１１の外周面との距離は、例えば５〜５０ｍｍである。
また、支持部材３５には、後述する冷却用ガスが流通する複数（図示の例では８つ）のガス流通孔３６が、当該支持部材３５の周方向に沿って等間隔で並んだ状態で、当該支持部材３５の厚み方向に貫通するよう形成されている。
エキシマランプ２０の表面と透光性部材１１の外周面との距離は、例えば５〜５０ｍｍである。
図１に示すオゾン発生器には、透光性部材１１における原料ガスに接触する面（図示の例では内周面）を冷却する冷却機構（図示省略）が設けられている。この例における冷却機構は、冷却用ガスによって透光性部材１１を冷却するものである。具体的には、冷却機構は、透光性部材１５とエキシマランプ２０との間の間隙によって形成された、冷却用ガスが流通する冷却用ガス流路Ｐ２と、透光性部材１１の冷却ガス供給管部１３から冷却用ガス流路Ｐ２に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段とにより構成されている。
上記のオゾン発生器においては、以下のようにしてオゾンを含むガスが生成される。
先ず、原料ガス供給手段および冷却機構を作動させる。これにより、非透光性部材１５の原料ガス供給管部１７から原料ガスが供給されて原料ガス流路Ｐ１を流通すると共に、透光性部材１１の冷却用ガス供給管部１３から冷却用ガスが供給されて冷却用ガス流路Ｐ２を流通する。この状態で、エキシマランプ２０が点灯されると、当該エキシマランプ２０からの紫外線が、透光性部材１１を介して、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスに照射されることにより、当該原料ガス中の酸素が反応してオゾンが生成される。そして、生成したオゾンを含むガスが、非透光性部材１５のオゾンガス排出管部１８から排出される。
先ず、原料ガス供給手段および冷却機構を作動させる。これにより、非透光性部材１５の原料ガス供給管部１７から原料ガスが供給されて原料ガス流路Ｐ１を流通すると共に、透光性部材１１の冷却用ガス供給管部１３から冷却用ガスが供給されて冷却用ガス流路Ｐ２を流通する。この状態で、エキシマランプ２０が点灯されると、当該エキシマランプ２０からの紫外線が、透光性部材１１を介して、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスに照射されることにより、当該原料ガス中の酸素が反応してオゾンが生成される。そして、生成したオゾンを含むガスが、非透光性部材１５のオゾンガス排出管部１８から排出される。
以上において、原料ガスとしては、オゾン源となる酸素を含むものが用いられる。原料ガス中の酸素濃度は２０体積％以上であることが好ましいが、酸素濃度が２０体積％未満の原料ガスも使用可能である。このような原料ガスの具体例としては、空気、酸素ガス、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。また、原料ガスとして、酸素ガスの濃度が高いものを用いる場合には、酸素ガスの供給源として、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）式などの酸素ガス発生装置を利用することができる。
原料ガスの流量は、例えば０．０５〜１０００Ｌ／ｍｉｎであるが、エキシマランプ２０や透光性部材１１のサイズなどによっては、上記範囲外であってもよい。
原料ガスの流量は、例えば０．０５〜１０００Ｌ／ｍｉｎであるが、エキシマランプ２０や透光性部材１１のサイズなどによっては、上記範囲外であってもよい。
冷却用ガスとしては、エキシマランプ２０からの紫外線を吸収しないものを用いることが好ましい。冷却用ガスが紫外線吸収性を有するものである場合には、エキシマランプ２０からの紫外線が、透光性部材１１に到達するまでの間に冷却用ガスに吸収されるため、高い効率でオゾンを発生させることが困難となることがある。
このような冷却用ガスの具体例としては、窒素ガス、希ガスなどの不活性ガスが挙げられる。これらの中では、経済性の観点から、窒素ガスが好ましい。
冷却用ガスは常温であってもよいが、冷却されていることが好ましく、具体的には、冷却用ガスの温度は、−２０〜１０℃であることが好ましい。これにより、小さい流量の冷却用ガスによって効率的に透光性部材１１を冷却することができる。
冷却用ガスの流量は、冷却用ガスの温度にもよるが、通常、１〜１０Ｌ／ｍｉｎである。
このような冷却用ガスの具体例としては、窒素ガス、希ガスなどの不活性ガスが挙げられる。これらの中では、経済性の観点から、窒素ガスが好ましい。
冷却用ガスは常温であってもよいが、冷却されていることが好ましく、具体的には、冷却用ガスの温度は、−２０〜１０℃であることが好ましい。これにより、小さい流量の冷却用ガスによって効率的に透光性部材１１を冷却することができる。
冷却用ガスの流量は、冷却用ガスの温度にもよるが、通常、１〜１０Ｌ／ｍｉｎである。
上記のオゾン発生器においては、エキシマランプ２０からの紫外線が、透光性部材１１を介して、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスに照射され、しかも、冷却機構によって透光性部材１１が冷却される。そのため、原料ガス流路Ｐ１において生成したオゾンが、エキシマランプ２０からの熱によって分解することが防止または抑制される。
また、エキシマランプ２０における放電容器２１内の放電空間から放射された紫外線は、当該放電容器２１および透光性部材１１を合計で２度透過して原料ガスに照射されるため、原料ガスに照射されるまでの紫外線の減衰量が小さい。しかも、単一の原料ガス流路機構１０を流通する原料ガスに紫外線が照射されるため、エキシマランプ２０からの紫外線が分割されることもない。
従って、上記のオゾン発生器によれば、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができる。
また、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスは、透光性部材１１によってエキシマランプ２０と隔離されているため、エキシマランプ２０から生ずる窒素酸化物などの副生成物が混入することがない。
また、原料ガス流路機構１０を、エキシマランプ２０における単管型の放電容器２１の外側に設けるだけでよいため、簡易な構造のオゾン発生器を構成することができる。
また、エキシマランプ２０における放電容器２１内の放電空間から放射された紫外線は、当該放電容器２１および透光性部材１１を合計で２度透過して原料ガスに照射されるため、原料ガスに照射されるまでの紫外線の減衰量が小さい。しかも、単一の原料ガス流路機構１０を流通する原料ガスに紫外線が照射されるため、エキシマランプ２０からの紫外線が分割されることもない。
従って、上記のオゾン発生器によれば、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができる。
また、原料ガス流路Ｐ１を流通する原料ガスは、透光性部材１１によってエキシマランプ２０と隔離されているため、エキシマランプ２０から生ずる窒素酸化物などの副生成物が混入することがない。
また、原料ガス流路機構１０を、エキシマランプ２０における単管型の放電容器２１の外側に設けるだけでよいため、簡易な構造のオゾン発生器を構成することができる。
また、冷却用ガス流路Ｐ２に冷却ガスを流通させることにより、透光性部材１１と共にエキシマランプ２０も冷却されるので、発熱によるエキシマランプ２０の照度の低下を防止または抑制することができる。
また、冷却用ガスとして不活性ガスを用いることにより、冷却用ガスによってエキシマランプ２０からの紫外線が吸収されないため、オゾンの生成効率の低下を防止することができる。更に、エキシマランプ２０の周辺が不活性ガス雰囲気となるため、当該エキシマランプ２０から副生成物が生ずることを防止することができる。
また、冷却用ガスとして不活性ガスを用いることにより、冷却用ガスによってエキシマランプ２０からの紫外線が吸収されないため、オゾンの生成効率の低下を防止することができる。更に、エキシマランプ２０の周辺が不活性ガス雰囲気となるため、当該エキシマランプ２０から副生成物が生ずることを防止することができる。
〈実施例１〉
図１〜図３に示す構成に従い、下記の仕様のオゾン発生器を作製した。
透光性部材：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」， 信越石英株式会社製），内径＝３７ｍｍ，外径＝４０ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ
非透光性部材：材質＝ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６），内径＝４４ｍｍ，外径＝４８ｍｍ，長さ＝５００ｍｍ
紫外線光源：種類＝単管型の放電容器を有するキセノンエキシマランプ，外径＝１８．５ｍｍ，発光長＝４００ｍｍ，放電容器の材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」，信越石英株式会社製）、放電容器の肉厚＝２ｍｍ
図１〜図３に示す構成に従い、下記の仕様のオゾン発生器を作製した。
透光性部材：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」， 信越石英株式会社製），内径＝３７ｍｍ，外径＝４０ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ
非透光性部材：材質＝ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６），内径＝４４ｍｍ，外径＝４８ｍｍ，長さ＝５００ｍｍ
紫外線光源：種類＝単管型の放電容器を有するキセノンエキシマランプ，外径＝１８．５ｍｍ，発光長＝４００ｍｍ，放電容器の材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」，信越石英株式会社製）、放電容器の肉厚＝２ｍｍ
上記のオゾン発生器を以下の条件により作動させ、排出されるガスのオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、５２％であった。
［オゾン発生器の作動条件］
原料ガス：種類＝空気，流量＝３０Ｌ／ｍｉｎ
冷却用ガス：種類＝常温の窒素ガス，流量＝５Ｌ／ｍｉｎ
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、５２％であった。
［オゾン発生器の作動条件］
原料ガス：種類＝空気，流量＝３０Ｌ／ｍｉｎ
冷却用ガス：種類＝常温の窒素ガス，流量＝５Ｌ／ｍｉｎ
〈実施例２〉
実施例１で作製したオゾン発生器を、冷却用ガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎに変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で作動させ、排出されるガスのオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、８０％であった。
実施例１で作製したオゾン発生器を、冷却用ガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎに変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で作動させ、排出されるガスのオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、８０％であった。
〈比較例１〉
透光性部材を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の仕様のオゾン発生器を作製した。このオゾン発生器の非透光性部材内に、原料ガスとして流量が３０Ｌ／ｍｉｎの空気を流通させながら、当該オゾン発生器を作動させ、排出されるガスのオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、３％であった。
透光性部材を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の仕様のオゾン発生器を作製した。このオゾン発生器の非透光性部材内に、原料ガスとして流量が３０Ｌ／ｍｉｎの空気を流通させながら、当該オゾン発生器を作動させ、排出されるガスのオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、３％であった。
〈参考例１〉
図４の構成に従い、下記の仕様のオゾン発生器を作製した。
紫外線光源（４０）：種類＝二重管型の放電容器を有するキセノンエキシマランプ，外管（４１）の外径＝１８．５ｍｍ，外管（４１）の内径：１４．５ｍｍ, 内管（４２）の外径：９．５ｍｍ，内管（４２）の内径：５．５ｍｍ，発光長＝４００ｍｍ，放電容器の材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」、信越石英株式会社製）
透光性部材（１１）：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」， 信越石英株式会社製），内径＝３７ｍｍ，外径＝４０ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ
原料ガス供給管（５１）：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」，信越石英株式会社製），内径＝２ｍｍ，外径＝４ｍｍ，長さ＝５００ｍｍ
また、図４において、４３は、放電容器における外管（４１）の外周面に設けられた低圧側電極、４４は、放電容器における内管（４２）の内周面に設けられた高圧側電極、４８は、低圧側電極（４３）を低電圧電源（３１）に電気的に接続するリード、４９は、高圧側電極（４４）を高圧圧電源（３０）に電気的に接続するリード、Ｐ３は、原料ガス供給管（５１）による原料ガス流路である。その他の符号は、図１に示すオゾン発生器と同様であり、それらは、参考例１において実施例１に係るオゾン発生器と同様の仕様である。
図４の構成に従い、下記の仕様のオゾン発生器を作製した。
紫外線光源（４０）：種類＝二重管型の放電容器を有するキセノンエキシマランプ，外管（４１）の外径＝１８．５ｍｍ，外管（４１）の内径：１４．５ｍｍ, 内管（４２）の外径：９．５ｍｍ，内管（４２）の内径：５．５ｍｍ，発光長＝４００ｍｍ，放電容器の材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」、信越石英株式会社製）
透光性部材（１１）：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」， 信越石英株式会社製），内径＝３７ｍｍ，外径＝４０ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ
原料ガス供給管（５１）：材質＝合成石英ガラス（「Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ−３１０」，信越石英株式会社製），内径＝２ｍｍ，外径＝４ｍｍ，長さ＝５００ｍｍ
また、図４において、４３は、放電容器における外管（４１）の外周面に設けられた低圧側電極、４４は、放電容器における内管（４２）の内周面に設けられた高圧側電極、４８は、低圧側電極（４３）を低電圧電源（３１）に電気的に接続するリード、４９は、高圧側電極（４４）を高圧圧電源（３０）に電気的に接続するリード、Ｐ３は、原料ガス供給管（５１）による原料ガス流路である。その他の符号は、図１に示すオゾン発生器と同様であり、それらは、参考例１において実施例１に係るオゾン発生器と同様の仕様である。
上記のオゾン発生器を以下の条件により作動させ、被透光性部材と排出されるガス総量におけるオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、４１％であった。
［オゾン発生器の作動条件］
原料ガス：種類＝空気，流量（二つの原料ガス流路Ｐ１，Ｐ３の合計の流量）＝３０Ｌ／ｍｉｎ（原料ガス流路Ｐ１の流量＝２９．６５Ｌ／ｍｉｎ，原料ガス流路Ｐ３の流量＝０．３５Ｌ／ｍｉｎ）
冷却用ガス：種類＝常温の窒素ガス，流量＝５Ｌ／ｍｉｎ
紫外線光源：総放射強度が実施例１における紫外線光源の総放射強度と同じになるように設定
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、４１％であった。
［オゾン発生器の作動条件］
原料ガス：種類＝空気，流量（二つの原料ガス流路Ｐ１，Ｐ３の合計の流量）＝３０Ｌ／ｍｉｎ（原料ガス流路Ｐ１の流量＝２９．６５Ｌ／ｍｉｎ，原料ガス流路Ｐ３の流量＝０．３５Ｌ／ｍｉｎ）
冷却用ガス：種類＝常温の窒素ガス，流量＝５Ｌ／ｍｉｎ
紫外線光源：総放射強度が実施例１における紫外線光源の総放射強度と同じになるように設定
〈参考例２〉
透光性部材を設けなかったこと以外は、参考例１と同様の仕様のオゾン発生器を作製した。このオゾン発生器の非透光性部材内に、原料ガスとして流量が３０Ｌ／ｍｉｎの空気を流通させながら、オゾン発生器から排出されるガス総量におけるオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、２％であった。
透光性部材を設けなかったこと以外は、参考例１と同様の仕様のオゾン発生器を作製した。このオゾン発生器の非透光性部材内に、原料ガスとして流量が３０Ｌ／ｍｉｎの空気を流通させながら、オゾン発生器から排出されるガス総量におけるオゾン濃度を経時的に測定した。結果を図５に示す。
また、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過するまでの排出ガスの最大オゾン濃度φmax に対する、オゾン発生器を作動させてから２５０秒間経過後の排出ガスのオゾン濃度φの維持率［（φ／φmax ）×１００］を求めたところ、２％であった。
以上の結果から、実施例１〜２に係るオゾン発生器によれば、高い濃度のオゾンが高い効率で安定に生成されることが確認された。
これに対して、比較例１に係るオゾン発生器においては、透光性部材が設けられていないため、エキシマランプからの熱によって加熱されて熱分解してしまうので、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができなかった。
また、参考例１〜２に係るオゾン発生器においては、エキシマランプからの紫外線が、放電容器の内管内に挿入された原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線と、放電容器の外管を取り囲む原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線とに分割されるため、それぞれの原料ガスに対する紫外線の照射量が小さく、高濃度のオゾンを生成することができなかった。
これに対して、比較例１に係るオゾン発生器においては、透光性部材が設けられていないため、エキシマランプからの熱によって加熱されて熱分解してしまうので、高濃度のオゾンを高い効率で生成することができなかった。
また、参考例１〜２に係るオゾン発生器においては、エキシマランプからの紫外線が、放電容器の内管内に挿入された原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線と、放電容器の外管を取り囲む原料ガス流通管を流通する原料ガスに照射される紫外線とに分割されるため、それぞれの原料ガスに対する紫外線の照射量が小さく、高濃度のオゾンを生成することができなかった。
１０ 原料ガス流路機構
１１ 透光性部材
１２ 端壁
１３ 冷却用ガス供給管部
１４ 冷却用ガス排出管部
１５ 非透光性部材
１６ 端壁
１６ａ 開口
１７ 原料ガス供給管部
１８ オゾンガス排出管部
２０ エキシマランプ
２１ 放電容器
２２ 封止部
２３ 金属箔
２５ 内部電極
２６ 外部電極
２７ 外部リード
２８ リード
３０ 高電圧電源
３１ 低電圧電源
３５ 支持部材
３６ ガス流通孔
４０ 紫外線光源
４１ 外管
４２ 内管
４３ 低圧側電極
４４ 高圧側電極
４８，４９ リード
５１ 原料ガス供給管
Ｐ１，Ｐ３ 原料ガス流路
Ｐ２ 冷却用ガス流路
１１ 透光性部材
１２ 端壁
１３ 冷却用ガス供給管部
１４ 冷却用ガス排出管部
１５ 非透光性部材
１６ 端壁
１６ａ 開口
１７ 原料ガス供給管部
１８ オゾンガス排出管部
２０ エキシマランプ
２１ 放電容器
２２ 封止部
２３ 金属箔
２５ 内部電極
２６ 外部電極
２７ 外部リード
２８ リード
３０ 高電圧電源
３１ 低電圧電源
３５ 支持部材
３６ ガス流通孔
４０ 紫外線光源
４１ 外管
４２ 内管
４３ 低圧側電極
４４ 高圧側電極
４８，４９ リード
５１ 原料ガス供給管
Ｐ１，Ｐ３ 原料ガス流路
Ｐ２ 冷却用ガス流路
Claims (3)
- 紫外線を透過する透光性部材を有する、酸素を含む原料ガスが流通する原料ガス流路を形成する原料ガス流路機構と、
前記原料ガス流路を流通する原料ガスに、前記透光性部材を介して紫外線を照射する紫外線光源と、
前記透光性部材における前記原料ガスに接触する面を冷却する冷却機構と
を備えてなり、
前記紫外線光源は、単管型の放電容器を有してなり、
前記透光性部材は、前記紫外線光源から離間して前記放電容器を取り囲み、当該放電容器と同方向に伸びる管状のものであり、
前記原料ガス流路機構は、前記透光性部材と、この透光性部材を包囲する、当該透光性部材の外径より大きい内径を有する管状の非透光性部材とを有してなり、
前記透光性部材と前記非透光性部材との間に前記原料ガス流路が形成されていることを特徴とするオゾン発生器。 - 前記冷却機構は、冷却用ガスによって前記透光性部材を冷却するものであり、
前記紫外線光源と前記透光性部材との間に、前記冷却用ガスが流通する冷却用ガス流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生器。 - 前記冷却用ガスは不活性ガスよりなることを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生器。
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